液质联用解析

液相色谱-质谱联用

一、液质发展史

1.质谱发展简史

质谱作为检测器，具有灵敏度高、专属性好的特点，与其他色谱技术相连接，已广泛的应用于各个研究领域。欲学习液质，我们先了解一下质谱发展的过程——

19世纪末，E.Goldstein在低压放电实验中观察到正电荷粒子，随后W.Wein发现正电荷粒子束在磁场中发生偏转，这些观察结果为质谱的诞生提供了准备；

1912年，英国物理学家Joseph John Thomson研制出世界上第一台质谱仪（1906年诺贝尔物理学奖获得者、英国剑桥大学教授）；

1917年，电喷雾物理现象被发现（并非为了质谱）；

1918年，Dempster 180°磁扇面方向聚焦质谱仪；

1935年，马陶赫(Marttauch)和赫佐格(R. Herzog)根据他们的双聚焦理论，研制出双聚焦质谱仪；

1940年，尼尔(Nier)设计出单聚焦磁质谱仪，又于1960年设计并制成了一台小型的双聚焦质谱仪；

1942年，第一台商品质谱仪；

1953年，由鲍尔(Paul)和斯坦威德尔(Steinwedel)提出四极滤质器；同年，由威雷(Wiley)和麦克劳伦斯(Mclarens)设计出飞行时间质谱仪原型；

1954年，英格拉姆(Inghram)和海登(Hayden)报道的Tandem系统，即串联的质谱系统(MS /MS)；

1955年，Wiley & Mclarens 飞行时间质谱仪；

1960's，开发GC/MS；

1974年，回旋共振质谱仪；

1979年，传送带式LC/MS接口成为商业产品；

1982年，离子束LC/MS接口出现；

1984年，第一台电喷雾质谱仪宣告诞生；

1988年，电喷雾质谱仪首次应用于蛋白质分析；

1989年，Hens G. Dohmelt和W. Paul,因离子阱（Ion trap)的应用获诺贝尔物理奖；2002年，J. B. Penn 和田中耕一因电喷雾电离（electron spray ionization, ESI）质谱和基质辅助激光解吸电离(matrix-assisted laser desorption ionization, MALDI)质谱获诺贝尔化学奖。

2.“接口”技术发展简史

3.液质联用仪发展简史

从“接口”技术发展史来看，液质“接口”技术的难度要大于气质的，这是因为液相色谱中的流动相是液体，而质谱检测的是气体离子，所以“接口”技术必须要解决液体离子化难题。伴随这一难题的解决，液质联用的发展也日新月异，并广泛的应用于各领域。

1977年，LC/MS开始投放市场；

1978年，LC/MS首次用于生物样品分析；

1989年，LC/MS/MS研究成功；

1991年，API LC/MS用于药物开发；

1997年，LC/MS/MS用于药物动力学高通量筛选；

2002年美国质谱协会统计的药物色谱分析各种不同方法所占的比例。1990年，HPLC高达85%，而2000年下降到15%，相反，LC/MS所占的份额从3%提高到大约80%。我们国家目前在这方面可能相当于美国1990年的水平。

二、液质仪器基本构造及原理

质谱分析过程：样品通过进样系统进入离子源，将样品离子化变为气态离子混合物，由于结构性质不同而电离为各种不同质荷比（m/z）的分子离子和碎片离子，而后，带有样品信息的离子碎片被加速进入质量分析器，不同的离子在质量分析器中被分离并按质荷比大小依次抵达检测器，经纪录即得到按不同质荷比排列的离子质量谱，也就是质谱(mass spectrum)。

质谱的基本结构

质谱仪一般由进样系统、电离源、质量分析器、真空系统和检测系统构成。

（一）进样系统

在液质联用中一般有两种进样方式。

第一种是输注，即用注射器泵（syringe pump）将样品溶液直接缓慢输入到离子源。这种方法虽然简便、快速，但是需要相对多的样品，且难以实现自动进样分析。

第二种是流动注射，即将样品溶液注入HPLC进样系统，由LC泵缓慢推动溶剂将样品溶液直接注入离子源。这种方法既简便、快速，样品溶液的用量较小，易于实现自动进样分析。（二）电离源

液质联用中最常用的电离源有大气压电喷雾电离源（ESI）和大气压化学电离源（APCI），两者同属于大气压电离（API）技术，其离子化过程发生在大气压下。

1、电喷雾(ESI)

工作原理：电喷雾电离(ESI)是在液滴变成蒸汽，产生离子发射的过程中形成的，溶剂由液相泵输送到ESI Probe，经其内的不锈钢毛细管流出，这时给毛细管加2－4kv的高压，由于高压和雾化气的作用，流动相从毛细管顶端流出时，会形成扇状喷雾，使液滴生成含样品和溶剂离子的气溶胶。

电喷雾离子化可分为三个过程：

1）形成带电小液滴：由于毛细管被加高压，造成氧化还原反应，形成带电液滴。

2）溶剂蒸发和小液滴碎裂：溶剂蒸发，离子向液滴表面移动，液滴表面的离子密度越来越大，当达到Rayleigh (瑞利）极限时，即液滴表面电荷产生的库仑排斥力于液滴表面的张力大致相等时，液滴会非均匀破裂，分裂成更小的液滴，在质量和电荷重新分配后，更小的液滴进入稳定态，然后再重复蒸发、电荷过剩和液滴分裂这一系列过程。

3）形成气相离子：对于半径<10nm的液滴, 液滴表面形成的电场足够强，电荷的排斥作用最终导致部分离子从液滴表面蒸发出来，而不是液滴的分裂，最终样品以单电荷或多电荷离子的形式从溶液中转移至气相，形成了气相离子。

ESI的特点

*软电离, 产生准分子离子ϒ

正离子：(M+H)+，(M + NH4) +，(M + Na) +，(M + K) +…

负离子：(M -H)–，(M + CH3COO)–，(M + Cl)–…

*对很多种类的化合物都有很高的灵敏度ϒ

*高分子量生物大分子和聚合物产生多电荷离子ϒ

(M + nH)n+

(M - nH)n–

*低分子量化合物一般产生单电荷离子(失去或得到一个质子)ϒ

*高分子量生物大分子和聚合物产生多电荷离子ϒ

*几乎没有碎片离子ϒ

*可能生成加合物和/或多聚体ϒ

常见的是溶剂加合物和NH4+(M+18), Na+(M+23),和K+(M+39) 加合物

*灵敏度取决于化合物本身和基质ϒ

2、大气压化学电离(APCI)

工作原理：APCI电离是在大气压条件下利用尖端高压（电晕）放电促使溶剂和其他反应物电离、碰撞，及电荷转移等方式，形成一个反应气等离子区，样品分子通过等离子区时，发生质子转移，形成了(M＋H) 或(M-H)离子或加和离子。